高速全光OFDM系统性能分析及其应用研究

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目前,光纤通信网络巨大增加,对光纤信道容量的有效的利用提出更高的需求。在中国,基于双偏振四相相移键控(DP-QPSK)调制技术和相干接收的单载波100Gbit/s系统已经测试成功,400Gbit/s将会是下一个超100G长途光纤传输的目标。光OFDM的多载波并行处理技术在超高速传输系统中具有极大的优势,而全光OFDM(AO-OFDM)技术因其利用全光学器件实现反快速傅里叶变换及快速傅里叶变换(IFFT/FFT)操作而被广泛关注。它不仅克服了高速处理下器件电子处理速率的限制,而且也大大降低了系统的能耗。论文对AO-OFDM系统进行仿真分析、技术改进和新型应用。概况全文,主要研究内容有如下几个方面:(1)仿真了400Gb/s基于DP-QPSK调制和相干解调技术的AO-OFDM系统。该系统单个子载波实现100Gb/s DP-QPSK调制,系统实现的频谱利用率(SE)为2.7bit/s/Hz。该系统较相同配置条件下的DWDM系统,在实现BER=10-3时,拥有较低的OSNR,系统敏感性较高。光纤传输中,系统受非线性效应影响有1.5dB功率代价。同时,中心通道受到较大的载波间干扰。随着入纤光功率的增大,系统受到光纤非线性效应的影响接收敏感性明显降低,长途传输中,当入纤光功率高时,光纤的非线性效应导致系统性能恶化,同时非线性噪声也会带来系统一定程度的恶化。非线性kerr效应在系统功率较高时将是系统传输性能的主要限制因素。(2)基于载波抑制光源的AO-OFDM系统在双偏振传输系统中表现出了良好的性能,突出的特点是对偏振失配有很好的容忍度,同时对色散和非线性效应的作用拥有一定容限的提升。这一改进的系统具有了较高的接收敏感性。(3)基于预编码技术,仿真了16×10Gb/s的全光OFDM系统。系统在采用预编码技术条件下,很好的改进发射端AO-OFDM信号的PAPR特性,提高系统的传输系统。采用3B4B预编码使PAPR下降了1.9dB,系统Q值提高2,并且传输功率容限提高3.8mW。(4)使用Nyquist脉冲整形技术可以改进光源的频谱特征,在滤波操作中信号受到的影响减小,从而改进信号的传输性能。这一作用对多用户网络很有好处,在多用户情况下,能够尽量保证各个用户的性能稳定。(5)提出了中基于AO-OFDM技术的PON架构。通过仿真提出的基于AO-OFDM-PON架构,我们实现了系统上下行传输,最大下行容量40G/s,同时,也设计并实现了系统的ONU单元内部和ONU单元间的数据互通业务,仿真结果验证了系统的可行性。该架构不仅可以实现ONU端的各项业务动态带宽的分配,而且最大优势是优化ONU端短脉冲光源的分布,甚至可以共用光源,这样降低了运营商的配置和供货补给,降低成本。应对基于云网络的VPN应用,该技术也更好的实现了ONU的互通业务。
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